Question

【題目】工業上利用CO2和H2反應生成甲醇，也是減少CO2的一種方法。在容積為 1L 的恒溫密閉容器中充入1mol CO2和3mol H2，一定條件下發生反應： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)△H＝－49.0 kJ/mol，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示：

(1)達到平衡的時刻是_________min(填“3”或“10”)。在前10min內，用CO2濃度的變化表示的反應速率υ(CO2)＝_________mol/(L· min)。

(2)能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是_________。

a.容器內壓強不變 b.混合氣體中c(CO2)不變 c.υ(CH3OH)＝υ(H2O) d.c(CH3OH)＝c(H2O)

(3)達平衡后，H2的轉化率是_________。平衡常數 K ＝_________(計算結果保留一位小數)。為了提高H2的轉化率，可采取_________(填“增大”或“減小”)CO2濃度的措施。

(4)工業上也可用 CO 和H2合成甲醇

已知：①CO(g) + O2(g) = CO2(g) △H1＝-283.0 kJ/mol

②H2(g) + O2(g) = H2O(g) △H2＝-241.8 kJ/mol

③CH3OH(g) + O2(g) = CO2(g)+2H2O(g) △H3＝-673kJ/mol

則反應CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g)△H＝_________kJ/mol

(5)如圖是甲醇燃料電池原理示意圖，電池正極的電極反應式為：_________。

Answer 1

【答案】10 0.075 ab 75% 5.3 增大 -93.6

【解析】

(1)達到平衡時是物質的濃度保持不變而不是相等，故平衡的時刻是10min，在前10min內，用 CO2濃度的變化表示的反應速率 υ(CO2)＝，故答案為：10 0.075

(2) a.該反應的正反應氣體分子數減小，建立平衡過程中氣體分子物質的量是變化的，在恒容容器中，容器內的壓強是變化的，故容器內壓強不變能說明反應達到平衡狀態；

b.混合氣體中c(CO2)不變是反應達到平衡狀態的特征；

c.υ(CH3OH)＝υ(H2O) 沒有指明反應速率的方向，不能說明正、逆反應速率相等，不能說明反應達到平衡狀態；

d.從正反應開始建立平衡的過程中c(CH3OH)與c(H2O)始終相等，c(CH3OH)與c(H2O)不能說明反應達到平衡狀態；

故答案為：ab；

(3)通過化學平衡三段式進行計算，可知：

H2的轉化率=；平衡常數 ；增大一種反應物的濃度，另一種反應物的轉化率增大，故為了提高 H2 的轉化率，可采取增大CO2 濃度，故答案為：75% 5.3 增大；

(4) ①CO(g) + O2(g) = CO2(g) △H1＝-283.0 kJ/mol

②H2(g) + O2(g) = H2O(g) △H2＝-241.8 kJ/mol

③CH3OH(g) + O2(g) = CO2(g)+2H2O(g) △H3＝-673 kJ/mol

根據蓋斯定律，將①+2×②-③即得到反應 CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g) ，故答案為：-93.6；

(5)根據甲醇燃料電池原理示意圖，電解質是NaOH溶液，故電池正極的電極反應式為：，故答案為：。